Vue3 从 0 到 ∞:Composition API 的底层哲学、渲染管线与生态演进全景

写给经历过 Vue2 的开发者,也写给初识响应式的新同学

(零)写在前面:为什么要重学 Vue

  1. 对 Vue2 用户:Options API 到 Composition API 不是"写法变化",而是"心智迁移"。

  2. 对 React 用户:Vue3 的 Reactivity 与 Hooks 形似神不似,读懂 Proxy 与依赖收集,才能避免"React 思维"陷阱。

  3. 对新同学:Vue3 ≈ 响应式语言 + 编译器 + 运行时 + 生态,一次学全,终身受益。

全文不贴源码,用大量伪代码与图表拆解"看似黑盒"的环节。篇幅较长,请泡好咖啡。


(一)响应式系统的三次进化

1.0 defineProperty:劫持属性级 getter/setter,数组变异方法补丁。

2.0 Proxy + Reflect:劫持对象级操作,天然支持 Map/Set、动态新增属性。

3.0 精细化依赖:依赖不再只是组件,而是组件内部的 "副作用函数" 级别。

Proxy 陷阱全览:

· get / set / has / deleteProperty / ownKeys

· 嵌套对象只在访问时递归,懒代理实现 "按需响应"。

· 数组的 index 与 length 的关系通过两次 get 一次 set 解决。

依赖收集的数据结构:

WeakMap<Target, Map<Key, Dep>>

Dep = Set<ReactiveEffect>

(二)Composition API:从 "配置" 到 "组合"

2.1 心智模型:

Options API 把逻辑拆到 data、methods、computed、watch,导致"一个功能四分五裂"。

Composition API 把"功能"作为最小组织单元,用函数封装,最终像乐高一样组合。

2.2 生命周期映射

beforeCreate -> setup()

created -> setup()

beforeMount -> onBeforeMount

...

核心区别:setup 在组件实例创建前执行,因此无法访问 this,但可返回 render 函数直接 bypass 模板编译。

2.3 ref vs reactive:

· ref 解决原始类型响应式;.value 是"拆箱"语义。

· reactive 只能代理对象;深层嵌套自动展开。

· 模板里自动拆箱 ref 是编译阶段魔法,运行时无成本。

2.4 computed & watch 的 Lazy & Scheduler

computed 的缓存策略:依赖未变直接返回,依赖变化后首次访问触发重算。

watch 的 flush: 'pre' | 'post' | 'sync' 决定副作用与 DOM 更新顺序。

(三)渲染管线:从模板到真实 DOM 的 6 个阶段

1 解析 Parse:template → AST,使用 @vue/compiler-dom,支持 v-if、v-for、slot、指令等语法糖。

2 转换 Transform:AST → JavaScript AST,做静态提升(hoistStatic)、补丁标记(patchFlag)。

3 生成 Generate:JavaScript AST → render 函数字符串,引入 openBlock、createElementVNode、createVNode 等运行时辅助。

4 运行时创建 VNode:render 函数执行得到虚拟节点树。

5 Diff & Patch:双端对比 + 最长递增子序列(LIS)优化动态子节点移动。

6 浏览器 DOM:通过浏览器 API 创建/更新/删除节点,触发回流重绘。

关键优化点:

· PatchFlag 细粒度标记:TEXT、CLASS、STYLE、PROPS、FULL_PROPS、NEED_PATCH 等。

· Block Tree:把 v-if / v-for 作为边界,减少不必要对比。

· 静态提升:纯静态节点提升到渲染函数外部,渲染时直接复用。

(四)编译时宏语法糖

4.1 <script setup>

4.2 宏 import:

import { ref } from 'vue' 自动按需引入,配合 tree-shaking,最终包体只含所用 API。

4.3 自定义块 <i18n><graphql>

(五)Teleport、Suspense、Fragments 的协同舞台

· Teleport:把子树渲染到 DOM 任意位置,保留组件上下文,解决 Modal、Drawer z-index 地狱。

· Suspense:异步组件 + 异步 setup() 的边界,提供 fallback UI,解决白屏闪烁。

· Fragments:多个根节点不再需要外层 div,减少 17% 的 DOM 节点数。

(六)生态:Vite、Pinia、Vue Router、Devtools

6.1 Vite 的 HMR 原理:

ESM 天然支持模块热替换,通过 WebSocket 推送改动模块路径,浏览器端 import 新模块并执行 accept 回调。

6.2 Pinia:

store = reactive + computed + watch 的封装。支持插件、时间旅行、SSR 水合。

6.3 Vue Router 4:

history API 抽象成三种模式(Web、Hash、Memory),路由守卫支持 async/await,实现"动态路由 + 权限"闭环。

6.4 Devtools 下一代:

Timeline 面板记录组件生命周期、事件、性能;Inspector 面板可直接修改响应式数据并回显。

(七)TypeScript 完全体

7.1 defineComponent:

对 Options API 组件推导 this,对 Composition API 组件推导 props/emits。

7.2 宏类型:

defineProps<Props>

7.3 全局声明:

通过 declare module '@vue/runtime-core' 扩展 ComponentCustomProperties,让 this.$http 在模板中智能提示。

(八)性能:从微基准到真实场景

8.1 编译优化:

SFC 编译后,静态节点字符串化,动态节点打补丁,减少 50% 运行时代码。

8.2 渲染优化:

PatchFlag + Block Tree 让 diff 时间复杂度退化为 O(n) 常数级。

8.3 内存优化:

WeakMap 自动垃圾回收,避免 Vue2 的 Dep 与 Watcher 内存泄漏。

(九)SSR & Hydration

9.1 渲染流程:

服务器 compileToFunction → renderToString → 客户端 hydrate(比对虚拟 DOM + 激活事件)。

9.2 注水失败降级:

Mismatch 时客户端重新渲染,保证页面可用。

(十)未来:Vue3.4、Vapor、VueFire

· Vue3.4:计划引入 "Vapor Mode" 实验,进一步抹平编译产物与运行时边界,实现更细粒度更新。

· VueFire:官方 Firebase 绑定,实时数据库 + Composition API 原生体验。

· Suspense SSR Streaming:边渲染边流式输出 HTML,解决 TTFB 与 FCP。

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